Исследователи Саратовского государственного университета (СГУ) разработали улучшенный метод поддержания оптимального уровня кислорода в человеческом организме. По их мнению, это достигается путем регулирования белка HIF-1.
Для транспортировки данного белка ученые предлагают применять углеродные нанотрубки, модифицированные с помощью азота и карбоксильных групп. Отчет о работе опубликован в издании International Journal of Molecular Sciences.
Кислород оказывает влияние на физиологические процессы во всех живых организмах. Его недостаток может привести к развитию опухолевых или сердечно-сосудистых заболеваний.
По словам специалистов СГУ, дефицит кислорода замедляет процессы восстановления и ослабляет иммунитет, однако избыточное его количество также вредно.
Избыток кислорода способен вызвать окислительный стресс, поэтому важно сохранять его баланс. В 2019 году группа исследователей из США и Великобритании была удостоена Нобелевской премии по медицине за открытие белка HIF-1, сделанное в 1990-е годы.
Этот белок, активируемый гипоксией, регулирует активность генов, влияющих на число и функциональность митохондрий, что, в свою очередь, сказывается на уровне кислорода в клетках.
Введение белка HIF-1 в организм позволяет корректировать эти процессы, пояснили специалисты СГУ.
Для доставки белка в конкретные органы и ткани ученые всего мира пытаются создать методы таргетированной доставки HIF-1. Под руководством профессора Ольги Глуховой группа исследователей из СГУ совместно с коллегами из Института физики прочности и материаловедения СО РАН, Омского государственного технического университета и Сеченовского университета разработали новый способ доставки HIF-1.
В качестве переносчика белка предлагается использовать углеродные нанотрубки с добавлением азота и карбоксильных функциональных групп. Ученые отметили, что азотсодержащие углеродные нанотрубки широко применяются в клинической диагностике и тканевой инженерии.
Эти нанотрубки обладают высокой биосовместимостью, не оказывают токсического воздействия и способны связывать молекулы белков и лекарственных препаратов, что делает их перспективными для фармакологических целей.
Материал был синтезирован в Омском государственном техническом университете, где также были получены данные по его структуре и химическому составу, которые передали саратовским исследователям.
Эксперты СГУ создали компьютерную модель нанотрубки с заданными характеристиками и смоделировали прикрепление на нее молекулы белка HIF-1. В работе отмечено, что физические характеристики нанотрубок меняются под воздействием дефекта Стоуна-Уэллса — перестройки углеродных связей.
Саратовские ученые обнаружили, что наилучшие показатели доставки белка достигаются при концентрации дефекта на уровне 6%.
«Такая структура нанотрубок является оптимальной для транспортировки белка. При данном уровне дефекта белок проще проникает внутрь нанотрубок и легче высвобождается из них.
Именно в таком виде белок HIF-1 наиболее эффективно доставлять в ткани организма», — пояснил доцент кафедры.